描述
开 本: 16开纸 张: 胶版纸包 装: 平装-胶订是否套装: 否国际标准书号ISBN: 9787122282422
编辑推荐
木质陶瓷作为一种新的环保型多孔复合材料材料，具有良好的力学、热学、电磁学和摩擦学特性，可广泛用作电极材料、摩擦材料、电磁屏蔽材料、耐腐蚀材料、绝热材料、高温过滤与吸附材料等，应用前景广阔。目前国内对木质陶瓷复合材料的研究较多，但是并没有专门的图书出版，该书是作者多年木质陶瓷研究成果的总结，对从事相关研究和应用的人员提供了很好的借鉴和指导。
内容简介
本书主要以层状木质陶瓷为对象，从原材料选用、结构设计、制备工艺的优化以及性能与表征方法等方面进行了研究。对以山毛榉薄木为基材和用碳纤维增强的层状木质陶瓷的制备工艺与基本性能进行了比较详细的介绍；并以薄木基层状木质陶瓷为模板，探析了木基SiC/C层状复合材料、木基SiO2/SiC/C层状复合材料、碳基金属木质陶瓷的制备与表征方法。
本书既有基础理论，又有实例的比较分析，可供从事生物质碳基材料研究、生产、应用的技术人员参考。
本书既有基础理论，又有实例的比较分析，可供从事生物质碳基材料研究、生产、应用的技术人员参考。
目 录
第1章绪论1
1.1木质陶瓷概述1
1.1.1木质陶瓷的特性2
1.1.2木质陶瓷的制备3
1.2木质陶瓷复合材料4
1.2.1木质陶瓷复合材料的种类4
1.2.2木质陶瓷复合材料的合成工艺5
1.3层状陶瓷材料6
1.3.1层状陶瓷材料的特性6
1.3.2层状陶瓷材料的制备6
1.3.3层状陶瓷材料的应用7
1.4木质陶瓷的国内外研究动态8
1.4.1木质陶瓷的国内外研究状况9
1.4.2木质陶瓷复合材料的国内外研究状况13
1.4.3层状木质陶瓷的国内外研究现状14
1.4.4国内外的相关研究14
参考文献16
第2章结构设计与工艺选择20
2.1层状陶瓷的增韧机理20
2.2薄木基层状木质陶瓷的结构设计21
2.2.1基体材料21
2.2.2界面分隔材料21
2.2.3基本结构设计22
2.2.4界面设计22
2.2.5结构模型23
2.3纤维增强层状木质陶瓷24
2.3.1纤维/树脂增强层状结构24
2.3.2碳纤维/玻璃碳增强层状结构24
2.3.3基材的选择25
2.3.4增强纤维的选择25
2.3.5热固性树脂的选择26
2.4烧结设备与工艺26
2.4.1工艺流程26
2.4.2烧结设备29
2.5工艺优化与方法31
2.5.1工艺优化31
2.5.2常用工艺优化方法31
参考文献34
第3章性能测试与表征方法36
3.1基本结构36
3.1.1光学显微镜观测36
3.1.2电子显微镜观测36
3.2密度、体积收缩率、碳得率、孔隙结构测试37
3.2.1密度变化与显气孔率37
3.2.2体积收缩率与碳得率38
3.2.3孔隙结构特征与表征方法39
3.3物相构成42
3.3.1X射线衍射分析42
3.3.2拉曼光谱分析44
3.3.3红外光谱分析44
3.4界面结构45
3.4.1高分辨率透射电镜观测45
3.4.2X射线光电子能谱分析46
3.5力学性能测试47
3.5.1抗弯强度47
3.5.2抗压强度47
3.5.3拉伸强度47
3.5.4断裂韧性48
3.5.5摩擦性能49
3.6体积电阻率测试50
3.6.1万用表测试法50
3.6.2四探针测试法50
参考文献51
第4章薄木基层状结构木质陶瓷53
4.1制备方法53
4.1.1PF树脂/薄木复合材料的制备53
4.1.2层状木质陶瓷的烧结54
4.2体积收缩率与碳得率54
4.2.1树脂含量的影响54
4.2.2组坯方式的影响55
4.2.3薄木厚度的影响56
4.2.4复合压力的影响57
4.2.5烧结温度的影响57
4.2.6升温速率的影响58
4.3基本结构及物相构成59
4.3.1基本结构及影响因素59
4.3.2物相构成64
4.4密度变化与孔隙结构71
4.4.1影响因素71
4.4.2孔隙结构及表征76
4.5体积电阻率与导电分析84
4.5.1体积电阻率84
4.5.2导电分析87
4.5.3导电模型88
4.6基本力学性能与分析88
4.6.1抗弯强度及影响因素88
4.6.2抗压强度及影响因素91
4.6.3摩擦力92
4.6.4黏附力93
4.6.5质量磨损95
4.6.6摩擦系数96
4.7摩擦界面分析97
4.7.1树脂含量的影响97
4.7.2烧结温度的影响97
4.8断裂韧性与结构模型98
4.8.1断裂韧性影响因素99
4.8.2结构模型101
参考文献103
第5章碳纤维增强层状结构木质陶瓷106
5.1概述106
5.2基本结构与技术路线106
5.2.1增强型层状结构设计106
5.2.2技术路线107
5.3基体材料的准备107
5.3.1液化木材的准备107
5.3.2单片基体材料的制备107
5.3.3基本性能与影响因素109
5.3.4工艺因素对抗弯强度的影响111
5.3.5制备工艺优化112
5.3.6工艺因素与基本结构115
5.4增强型层状木质陶瓷的制备120
5.4.1玻璃碳源的选择与制备120
5.4.2增强纤维的选择与处理120
5.4.3复合与烧结工艺121
5.5增强型层状木质陶瓷的基本结构122
5.5.1层状结构122
5.5.2微观结构123
5.5.3界面结构123
5.6基本力学性能125
5.6.1抗弯强度与弹性模量126
5.6.2抗压强度126
5.6.3抗拉强度127
5.6.4断裂韧性128
5.6.5摩擦性能129
参考文献131
第6章界面结构与力学行为分析133
6.1界面结构133
6.1.1基体中的界面133
6.1.2增强材料与基体间的界面135
6.1.3界面区物相构成与演变135
6.2界面结构模型与数字模拟138
6.2.1界面结构模型138
6.2.2数字模拟139
6.3力学行为分析140
6.3.1基于层状结构的断裂行为140
6.3.2薄木基层状结构木质陶瓷的断裂行为141
6.3.3纤维增强层状结构的断裂行为143
6.3.4断裂行为分析147
参考文献148
第7章碳基层状结构复合木质陶瓷150
7.1木基SiC/C层状复合材料150
7.1.1制备基础150
7.1.2制备方法151
7.1.3反应原理151
7.1.4性能检测152
7.2木基SiO2/SiC/C层状复合材料153
7.2.1制备方法154
7.2.2性能分析154
7.3碳基金属木质陶瓷156
7.3.1TiC/C木质陶瓷156
7.3.2TiN/C木质陶瓷156
参考文献159
致谢161
1.1木质陶瓷概述1
1.1.1木质陶瓷的特性2
1.1.2木质陶瓷的制备3
1.2木质陶瓷复合材料4
1.2.1木质陶瓷复合材料的种类4
1.2.2木质陶瓷复合材料的合成工艺5
1.3层状陶瓷材料6
1.3.1层状陶瓷材料的特性6
1.3.2层状陶瓷材料的制备6
1.3.3层状陶瓷材料的应用7
1.4木质陶瓷的国内外研究动态8
1.4.1木质陶瓷的国内外研究状况9
1.4.2木质陶瓷复合材料的国内外研究状况13
1.4.3层状木质陶瓷的国内外研究现状14
1.4.4国内外的相关研究14
参考文献16
第2章结构设计与工艺选择20
2.1层状陶瓷的增韧机理20
2.2薄木基层状木质陶瓷的结构设计21
2.2.1基体材料21
2.2.2界面分隔材料21
2.2.3基本结构设计22
2.2.4界面设计22
2.2.5结构模型23
2.3纤维增强层状木质陶瓷24
2.3.1纤维/树脂增强层状结构24
2.3.2碳纤维/玻璃碳增强层状结构24
2.3.3基材的选择25
2.3.4增强纤维的选择25
2.3.5热固性树脂的选择26
2.4烧结设备与工艺26
2.4.1工艺流程26
2.4.2烧结设备29
2.5工艺优化与方法31
2.5.1工艺优化31
2.5.2常用工艺优化方法31
参考文献34
第3章性能测试与表征方法36
3.1基本结构36
3.1.1光学显微镜观测36
3.1.2电子显微镜观测36
3.2密度、体积收缩率、碳得率、孔隙结构测试37
3.2.1密度变化与显气孔率37
3.2.2体积收缩率与碳得率38
3.2.3孔隙结构特征与表征方法39
3.3物相构成42
3.3.1X射线衍射分析42
3.3.2拉曼光谱分析44
3.3.3红外光谱分析44
3.4界面结构45
3.4.1高分辨率透射电镜观测45
3.4.2X射线光电子能谱分析46
3.5力学性能测试47
3.5.1抗弯强度47
3.5.2抗压强度47
3.5.3拉伸强度47
3.5.4断裂韧性48
3.5.5摩擦性能49
3.6体积电阻率测试50
3.6.1万用表测试法50
3.6.2四探针测试法50
参考文献51
第4章薄木基层状结构木质陶瓷53
4.1制备方法53
4.1.1PF树脂/薄木复合材料的制备53
4.1.2层状木质陶瓷的烧结54
4.2体积收缩率与碳得率54
4.2.1树脂含量的影响54
4.2.2组坯方式的影响55
4.2.3薄木厚度的影响56
4.2.4复合压力的影响57
4.2.5烧结温度的影响57
4.2.6升温速率的影响58
4.3基本结构及物相构成59
4.3.1基本结构及影响因素59
4.3.2物相构成64
4.4密度变化与孔隙结构71
4.4.1影响因素71
4.4.2孔隙结构及表征76
4.5体积电阻率与导电分析84
4.5.1体积电阻率84
4.5.2导电分析87
4.5.3导电模型88
4.6基本力学性能与分析88
4.6.1抗弯强度及影响因素88
4.6.2抗压强度及影响因素91
4.6.3摩擦力92
4.6.4黏附力93
4.6.5质量磨损95
4.6.6摩擦系数96
4.7摩擦界面分析97
4.7.1树脂含量的影响97
4.7.2烧结温度的影响97
4.8断裂韧性与结构模型98
4.8.1断裂韧性影响因素99
4.8.2结构模型101
参考文献103
第5章碳纤维增强层状结构木质陶瓷106
5.1概述106
5.2基本结构与技术路线106
5.2.1增强型层状结构设计106
5.2.2技术路线107
5.3基体材料的准备107
5.3.1液化木材的准备107
5.3.2单片基体材料的制备107
5.3.3基本性能与影响因素109
5.3.4工艺因素对抗弯强度的影响111
5.3.5制备工艺优化112
5.3.6工艺因素与基本结构115
5.4增强型层状木质陶瓷的制备120
5.4.1玻璃碳源的选择与制备120
5.4.2增强纤维的选择与处理120
5.4.3复合与烧结工艺121
5.5增强型层状木质陶瓷的基本结构122
5.5.1层状结构122
5.5.2微观结构123
5.5.3界面结构123
5.6基本力学性能125
5.6.1抗弯强度与弹性模量126
5.6.2抗压强度126
5.6.3抗拉强度127
5.6.4断裂韧性128
5.6.5摩擦性能129
参考文献131
第6章界面结构与力学行为分析133
6.1界面结构133
6.1.1基体中的界面133
6.1.2增强材料与基体间的界面135
6.1.3界面区物相构成与演变135
6.2界面结构模型与数字模拟138
6.2.1界面结构模型138
6.2.2数字模拟139
6.3力学行为分析140
6.3.1基于层状结构的断裂行为140
6.3.2薄木基层状结构木质陶瓷的断裂行为141
6.3.3纤维增强层状结构的断裂行为143
6.3.4断裂行为分析147
参考文献148
第7章碳基层状结构复合木质陶瓷150
7.1木基SiC/C层状复合材料150
7.1.1制备基础150
7.1.2制备方法151
7.1.3反应原理151
7.1.4性能检测152
7.2木基SiO2/SiC/C层状复合材料153
7.2.1制备方法154
7.2.2性能分析154
7.3碳基金属木质陶瓷156
7.3.1TiC/C木质陶瓷156
7.3.2TiN/C木质陶瓷156
参考文献159
致谢161
前 言
木质陶瓷作为一种新的环保型多孔复合材料，不仅原材料来源广泛、价格低廉，而且由于其是以木材和植物的多层次的形貌和结构作为生物模板，依托生物结构和形态的遗传，采用人工偶合技术制备而成，因此既能部分保持生物质材料精细形貌和结构特征，又有人为赋予的特性和功能，且具有良好的力学、热学、电磁学和摩擦学特性，可广泛用作电极材料、摩擦材料、电磁屏蔽材料、耐腐蚀材料、绝热材料、高温过滤与吸附材料等，应用前景广阔。
传统的木质陶瓷在结构上主要分为两种，一种是以实木为基材的，另一种则是将木材或生物质材料粉碎后与热固性树脂混合制备而成的三维网络结构。本书中所涉及的层状结构则与之不同，是基于现代复合材料的能量耗散机制，将层状复合材料的仿生设计思路应用于木质陶瓷的研究之中，在脆性的木质陶瓷薄片间加入夹层材料构成层状结构以达到增强增韧的目的。
全书共7章，主要涉及结构设计、原材料的选用、制备工艺的优化以及性能与表征方法等，同时对以山毛榉薄木为基材和用碳纤维增强的层状木质陶瓷的制备工艺与基本性能进行了比较详细的介绍。第1章简要介绍了木质陶瓷与层状结构、国内外新的研究动态，分析了传统木质陶瓷的优劣，并在此基础上提出了将层状结构的仿生设计应用于木质陶瓷结构设计之中的思路。第2章与第3章在层状陶瓷增韧机理的基础之上，对薄木基层状木质陶瓷和纤维增强层状木质陶瓷的结构进行设计，并对原辅助材料、设备、工艺、检测与表征方法等进行了比较细致的描述。第4章以山毛榉薄木基层状木质陶瓷为对象，详细介绍了制备方法以及制备工艺对体积收缩率、碳得率、基本结构与物相构成、导电性能以及力学性能的影响，并建立了断裂结构模型。第5章不仅介绍了以炭粉和液化木材为原材料所制备的片状基体材料与碳纤维所构成的增强型层状结构木质陶瓷的具体制备方法，同时也对其微观结构、界面结构以及对力学性能的影响进行了分析。第6章则是在第5章的基础之上，详细地分析了层状木质陶瓷的界面结构，建立了界面结构模型，并对模型进行了数值模拟，同时对多种情况下的断裂行为进行了分析。第7章是在第4章的基础之上，以薄木基层状木质陶瓷为模板材料，深入探讨了木基SiC/C层状复合材料、木基SiO2 /SiC/C层状复合材料、碳基金属木质陶瓷的基本制备与表征方法，拟为层状木质陶瓷的应用提供一个新的思路。
本书是在国家自然科学基金面上项目——纤维增强层状木材陶瓷的结构演变机制与力学行为的研究 （项目批准号：31270611 ）的资助下完成的。在写作过程中，力求新颖，尽量取材于国内外在本领域的重要研究成果与新进展。
由于本书中的内容涉及多个学科领域，作者学识有限，书中难免有不当、疏漏、不妥之处，敬请读者批评指正。
传统的木质陶瓷在结构上主要分为两种，一种是以实木为基材的，另一种则是将木材或生物质材料粉碎后与热固性树脂混合制备而成的三维网络结构。本书中所涉及的层状结构则与之不同，是基于现代复合材料的能量耗散机制，将层状复合材料的仿生设计思路应用于木质陶瓷的研究之中，在脆性的木质陶瓷薄片间加入夹层材料构成层状结构以达到增强增韧的目的。
全书共7章，主要涉及结构设计、原材料的选用、制备工艺的优化以及性能与表征方法等，同时对以山毛榉薄木为基材和用碳纤维增强的层状木质陶瓷的制备工艺与基本性能进行了比较详细的介绍。第1章简要介绍了木质陶瓷与层状结构、国内外新的研究动态，分析了传统木质陶瓷的优劣，并在此基础上提出了将层状结构的仿生设计应用于木质陶瓷结构设计之中的思路。第2章与第3章在层状陶瓷增韧机理的基础之上，对薄木基层状木质陶瓷和纤维增强层状木质陶瓷的结构进行设计，并对原辅助材料、设备、工艺、检测与表征方法等进行了比较细致的描述。第4章以山毛榉薄木基层状木质陶瓷为对象，详细介绍了制备方法以及制备工艺对体积收缩率、碳得率、基本结构与物相构成、导电性能以及力学性能的影响，并建立了断裂结构模型。第5章不仅介绍了以炭粉和液化木材为原材料所制备的片状基体材料与碳纤维所构成的增强型层状结构木质陶瓷的具体制备方法，同时也对其微观结构、界面结构以及对力学性能的影响进行了分析。第6章则是在第5章的基础之上，详细地分析了层状木质陶瓷的界面结构，建立了界面结构模型，并对模型进行了数值模拟，同时对多种情况下的断裂行为进行了分析。第7章是在第4章的基础之上，以薄木基层状木质陶瓷为模板材料，深入探讨了木基SiC/C层状复合材料、木基SiO2 /SiC/C层状复合材料、碳基金属木质陶瓷的基本制备与表征方法，拟为层状木质陶瓷的应用提供一个新的思路。
本书是在国家自然科学基金面上项目——纤维增强层状木材陶瓷的结构演变机制与力学行为的研究 （项目批准号：31270611 ）的资助下完成的。在写作过程中，力求新颖，尽量取材于国内外在本领域的重要研究成果与新进展。
由于本书中的内容涉及多个学科领域，作者学识有限，书中难免有不当、疏漏、不妥之处，敬请读者批评指正。
作者
2016年7月于长沙
书摘插画
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